Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Транспортная энергетика. Методические рекомендации
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ВОДНОГО ТРАНСПОРТА
Медведев Ю.М.
ТРАНСПОРТНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Методические рекомендации
Альтаир–Москва
Москва
2014
УДК 621.331
Медведев Ю.М.
ТРАНСПОРТНАЯ ЭНЕРГЕТИКА. Методические рекомендации.—
М.: Альтаир–МГАВТ, 2014.— 31 с.
В методических указаниях к выполнению контрольных работ по курсу
«Транспортная энергетика» предлагаются следующие контрольные работы —
Расчет трансформатора, Расчет тягового агрегата, Определение эффективности
судового движительного комплекса. Предлагаются варианты для выполнения
работ студентами, даны примеры выполнения работ.
Методические указания предназначены для студентов, изучающих курс
«Транспортная энергетика».
Рецензент: к.т.н., проф., зав. кафедрой Электрооборудования Парамонова В.И.
Рекомендован к изданию Учебно-методическим советом МГАВТ.
Рассмотрен и рекомендован к использованию в учебном процессе на
заседании кафедры «Электрооборудования» (протокол № 7 от 20 марта 2014 г).
Ответственность за оформление и содержание передаваемых в печать
материалов несут авторы и кафедра академии, выпускающая учебнометодические материалы.
МГАВТ, 2014
Медведев Ю.М., 2014
2
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1
РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА
Трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода и двух, или более,
обмоток: первичной, которая подключается к источнику переменного
напряжения, и вторичной, к которой подключается нагрузка. Принцип действия
трансформатора основан на электромагнитном взаимодействии двух или
нескольких обмоток. Если одну обмотку подключить к источнику переменного
напряжения, то под действием переменного магнитного поля, создаваемого этой
обмоткой в магнитопроводе, в другой обмотке будет наводиться Э.Д.С. При
подключении нагрузки к зажимам вторичной обмотки по цепи этой обмотки
будет проходить переменный ток; энергия из цепи первичной обмотки будет
передаваться в цепь вторичной обмотки без электрической связи между ними.
Для трансформатора характерны три режима работы: режим холостого
хода, рабочий (номинальный) режим и режим короткого замыкания.
Режим холостого хода позволяет определить коэффициент
трансформации, потери на нагревание сердечника (потери в стали) и входное
сопротивление на холостом ходу.
Рабочий режим дает возможность найти основные параметры
трансформатора и определить взаимосвязь между токами и напряжениями
обмоток.
Режим короткого замыкания позволяет определить потери на
сопротивлениях обмотках трансформатора (потери в меди), напряжение и ток
короткого замыкания.
При синусоидальной форме напряжения действующие значения
индуктируемых в обмотках ЭДС выражаются, как
Е=4,44∙f∙w∙Ф (1)
3
Тогда коэффициент трансформации:
Ктр=Е1/Е
2=w1/w2
, (2)
где w — число витков в обмотке трансформатора, f — частота сети, Фм —
величина магнитного потока.
При проектировании трансформатора отправной является формула
мощности, которая связывает габариты трансформатора с проходящей через
него полной мощностью.
Электромагнитной мощностью трансформатора называется мощность,
предаваемая из первичной обмотки во вторичную электромагнитным путем.
Полезной мощностью называется произведение действующих значений
напряжения и тока во вторичной обмотки S2 = U2 I2. При активном характере
нагрузки мощность обозначают как Р
.
2
Расчетной мощностью называется произведение действующего значения
тока, проходящего по обмотке на величину напряжения на ее зажимах. Эта
мощность определяет габаритные размеры обмотки: число витков определяется
напряжением, а сечение провода — действующим током.
Габаритной мощностью называется мощность, определяющая размеры
трансформатора. Она равна полусумме расчетных мощностей обмоток
Sr = (S1+S2)/2 (3)
Если считать, что плотность тока во всех обмотках одинакова, то
Sr=2∙ К
где Кcт— коэффициент заполнения сердечника сталью,
К
— коэффициент заполнения окна сердечника медью,
м
S
— площадь сечения сердечника,
серд
So — площадь окна, в котором располагаются обмотки,
j — плотность тока в обмотках,
В
— магнитная индукция.
m
Причем S
= а х b, So = с х h.
серд
cт
∙К
∙1,11 ∙S
м
серд ∙So
j ∙Вm, (4)
4
Формула мощности трансформатора позволяет проектировать
трансформаторы с различными сечениями окна и сердечника. Промышленность
выпускает сердечники различных типов и размеров. Наиболее удачными
получаются трансформаторы с примерно равными площадями сердечника и
окна. Они обладают наибольшим КПД.
Под коэффициентом полезного действия трансформатора понимают
отношение активной мощности, отдаваемой в нагрузку к активной мощности,
потребляемой от источника
где Р
КПД = Р
— потери в стали, Pм — потери в меди.
ст
/(Р2+Рст+Р
2
), (5)
м
Конструкция трансформаторов должна обеспечивать их надежную работу
в течение срока службы. Главные части конструкции трансформатора — это
сердечник (магнитопровод) и электрические обмотки с изоляцией.
Магнитопроводы предназначены для создания замкнутого пути для
магнитного потока с наименьшим магнитным сопротивлением. Для
магнитопроводов промышленных трансформаторов используются
электрические стали с высокой магнитной проницаемостью. Обмотки
предназначены для преобразования совместно с магнитопроводом
электрической энергии в электромагнитную (на первичной стороне) и обратно
из электромагнитной в электрическую (на вторичной стороне). Обмоточные
провода представляют собой проволоку круглого сечения. Основным
материалом для изготовления провода является медь, т.к. она имеет малое
удельное сопротивление. Отечественная промышленность выпускает
обмоточные провода с эмалевой изоляцией, предназначенные для работы при
температуре 1150 С.
5
6
Дано:
Мощность трансформатора Р = 950 Вт
Напряжение первичной обмотки U1 = 220 В
Напряжение вторичной обмотки U2 =24 В
Параметры сердечника (магнитопровода):
ШЛ40х80 (ахв) мм, с =40 мм, h= 100мм
Число витков приходящихся на 1 вольт Wo =0,97
Допустимая плотность тока j =1,8 А/мм.кв
Масса магнитопровода G = 7,43 кг
КПД трансформатора = 0,8
1.Определяем токи в обмотках
I1 = Р/U1 = 950/220 = 4,31 А
I2 = Р*0,8/U2 = 950*0,8/24 = 31,66 А
2.Определяем сечение провода S = I/j
S1 = 4,31/1,8 =2,39 мм.кв
S2 = 31,66/1,8 = 17,58 мм.кв
3.Определяем диаметр провода, если S = 3,14 (d2 )/4
d = 1,13
d = 1,13
d = 1,13
1,74 мм
4,73 мм
4.Определяем число витков в обмотках w = WoU
w1 =0,97*220 = 213,4
w2 =0,97*24 = 23,28
5.Определяем число витков в одном слое многослойной обмотки
Принимаем толщину каркаса катушки t =2мм,тогда высота слоя
7
обмотки ho =h — 2t =100 — 4= 96мм
Число витков в слое 1 обмотки: wo1 = ho/d1 = 96/1,74 = 55,17,
-2 обмотки wo2 = ho/d2 = 96/4,73 = 20,29
6.Определяем число слоев обмотки n =w/wо
n1 = w1/wo1 = 213,4/55,17 = 3,86,
n2 = w2/wo2 =23,28/20,29 = 1,14
7.Определяем толщину каждой обмотки с прокладками из кабельной бумаги
между слоями обмоток. Толщина прокладки to = 0,35мм.
Zo1 = n
+ (n1 + 1)*0,35 =3,86*1,74 + 4,86*0,35 = 8,41 мм
1а1
Zo2 = n2d2 + (n2 + 1)*0,35 = 1,14*4,73 + 2,14*0,35 = 6,13 мм
Истинная толщина обмотки может быть получена если учесть
коэффициент заполнения пространства медью 1/Км =1.8
Z = Zo/Км, тогда
Z1 = Zol/Км = 8,41*1,8 = 15,13 мм
Z2 =Zо2/Км = 6,13*1,8 =11,03 мм
Проверим пройдут ли обе обмотки в окно сердечника С = 40 мм
Толщина двух обмоток и каркаса составит Со =Z1+ Z2+ t
С
=15,13 + 11,03 + 2 = 28,16 мм, проходит в окно С.
о
8.Определим внешние периметры, необходимые для дальнейших расчетов
-периметр сердечника Jc = ( а+ в) *2 = (40 + 80)*2 = 240 мм -внешний периметр
каркаса Jк = (а+ 2t)*2 + (b+ 2t)*2 =256мм
-внешний периметр первичной обмотки
J1 = (a + 2t+ 2Z1)*2 + (b + 2t + 2Z1)~2 = 148,52 + 228,52 = 377,04 мм
-внешний периметр вторичной обмотки (катушки в целом)
J2 =(а+ 2t+2Z1+2Z2)*2 + (b+2t+2Z1+2Z2)*2 = 192,64 + 272,64 = 465,28 мм
Переведем величины в метры Jc =0,24м, Jk = 0,256м,
J1 = 0,37704 м, J2 = 0,46528 м
8
При намотке катушки длина витка обмотки будет увеличиваться слой за
слоем. Для вычисления общей длины каждой обмотки необходимо вычислить
длину среднего витка обмотки.
9.Определяем длину среднего витка каждой обмотки
Lо
= (Jk + J1)/2 = (0,256 + 0,37704)/2 = 0,31м
1
Lo2 =(J1+ J2)/2 = (0,37704 + 0,46528)/2 = 0,42м
10.Определим длину каждой обмотки L = w∙Lo
L1 = wl*Lol = 213,4*0,31 = 66,15м
L2 = w
*Lо
2
= 23,28*0,42 = 9,77м
2
11.Определим удельное сопротивление каждой обмотки, если удельное
сопротивление меди r = 0,01724
Ro1 = r/ S1 = 0,01724/2,39 = 0.0072 ом/м
Ro2 = r/S2 = 0.01724/17,58 = 0,00098 ом/м
12.Определим сопротивление обмоток R = Ro∙L
R1 = Ro1*L1 =0,0072*66,15 = 0,47 ом
R2 = Ro2*L2 = 0,00098* 9,77 = 0,0095 ом
13.Определим мощность потерь в обмотках как сумму произведений
квадратов токов в каждой обмотке на сопротивления этих обмоток
= I
2
R1+ I
1
Р
м
2
R2 =4,31 *0,47+31,66 *0,0095 = 18,25 Вт
2
14.Определим перегрев катушки Тк = 1000*Рм/Sok, где
Sok — площадь охлаждения катушки выраженная в см.кв
Sok = J2*ho = 46,528*9,6 =446,66 см.кв, тогда
Т
= 1000*18,25/446,66 = 40,85 градуса
к
9
15.Определим перегрев сердечника по формуле Т
= 750*Ра/Soc
с
где Ра — мощность потерь на нагрев сердечника,
Р
= Руд*G, удельные потери в сердечнике Руд =2 вт/кг,
а
вес сердечника G = 7,43 кг, тогда Ра = 2*7,43 = 14,86 вт
Площадь охлаждения сердечника состоит из трех поверхностей – верхней
поверхности сердечника, боковой поверхности и фронтальной поверхности без
поверхностей окон сердечника.
Каждая поверхность имеет ответную (противоположную), поэтому
результат вычислений удваивается.
Soc = (S1+ S2+ S3)*2 см.кв
S1 = b(2а+ 2c) см.кв = 128 см.кв
S2 = b(h + а) см.кв = 112см.кв
S3 = (2a+ 2c)(h+ а) - h (а+ 2с) см.кв = 104см.кв
Общая поверхность охлаждения сердечника
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]